[发明专利]一种AlGaN基紫外激光器的生长方法

说明书

本发明提供一种AlGaN基紫外激光器的生长方法，通过原位热处理的方法粗化AlGaN赝晶层的表面，来缓解AlGaN厚膜的应力，显著改善晶体质量；由于表面粗化结构尺寸更小，后续AlGaN厚膜生长过程更容易合并，形成原子级平整表面，进而生长得到高质量的紫外激光器结构。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种AlGaN基紫外激光器的生长方法。

背景技术

基于AlGaN材料的紫外激光器在医疗消毒、数据存储、生化检测等领域有着广阔的应用前景，如何生长高质量的AlGaN材料是众多学者和业界关注的焦点。目前生长AlGaN层的衬底/模板材料主要有蓝宝石、Si、SiC、单晶AlN及其他工艺获得的AlN模板材料，而前两者以较大的晶格失配和热失配为缺点，尽管廉价却难以获得高质量的AlGaN层；AlN单晶衬底拥有最高的晶体质量和最小的晶格失配，但高昂的价格成本限制了研究和工程的使用。近年来基于溅射/高温退火的高质量AlN模板研究取得了显著的突破，在此基础上生长获得高质量AlGaN并制备AlGaN基紫外激光器成为可能。

与传统模板相比，高温退火AlN模板通常以超过1600℃条件获得，其与蓝宝石衬底的晶格失配和热失配比较显著，因而具有较高的压应力(＞2GPa)，随后外延AlGaN材料时容易形成高密度的失配位错和表面三维岛，AlGaN薄膜的晶体质量和表面形貌明显劣化。为了消除模板较大的残余应力的影响，已经有基于图形化衬底的侧向外延技术，通过对底层模板刻蚀出周期图形，使晶格的生长在水平方向具有一定的自由度来缓解压应力。图形衬底/模板工艺相对比较成熟，但工序较多，需要光刻、刻蚀、去膜、清洗等步骤，产生了一定的时间成本。当在图形衬底/模板上侧向外延AlN时，AlN模板内的缺陷密度下降至一定程度后便难以再继续降低，改善其上AlGaN材料的晶体质量变得困难；而在图形衬底/模板上侧向外延AlGaN时，由于图形周期一般＞500nm，容易发生AlGaN组分偏析现象，且表面难以合并，这会增加激光器的界面散射损耗和激射阈值。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种AlGaN基紫外激光器的生长方法，旨在缓解AlGaN厚膜的应力，显著改善晶体质量，进而生长得到高质量的紫外激光器结构。

为实现上述目的，本发明提供一种AlGaN基紫外激光器的生长方法，包括以下步骤：

步骤1：在蓝宝石衬底上沉积AlN模板层，并进行高温退火处理；

步骤2：在所述AlN模板层上生长AlGaN赝晶层；

步骤3：对所述AlGaN赝晶层进行原位热处理，以获得粗化的AlGaN赝晶层；

步骤4：在所述粗化的AlGaN赝晶层上，生长AlGaN厚膜，实现表面合并；

步骤5：在所述AlGaN厚膜上生长nAlGaN光限制层、uAlGaN下波导层、uAlGaN/uAlGaN量子阱有源层、电子阻挡层、uAlGaN上波导层、pAlGaN光限制层、p型接触层。

可选地，在所述步骤1中的所述AlN模板层的沉积方法包括磁控溅射、MOCVD、MBE。

可选地，所述AlN模板层的厚度包括10nm～2μm。

可选地，在所述步骤1中所述AlN模板层的高温退火条件为1500℃～1800℃，以及氮气气氛。

可选地，在所述步骤2中所述AlGaN赝晶层的组分不高于所述步骤4中所述AlGaN厚膜的组分。

可选地，所述AlGaN赝晶层的厚度包括10nm-300nm。

可选地，在所述步骤3中所述AlGaN赝晶层的原位热处理温度为1000～1300℃，所用气氛为氢气。

可选地，在所述步骤4中所述AlGaN厚膜的厚度为1μm-10μm。